Что означает «Многовальная схема двигателя»
Конструкция турбореактивного двигателя с двумя или тремя независимыми роторами, вращающимися с разными частотами.
- Варианты
- двухвальные и трёхвальные
- Типичные ротор
- низкого и высокого давления
- Применение
- почти все современные лайнеры
- Три вала
- Rolls-Royce Trent
Зачем несколько валов
Компрессору разные ступени нужны разные частоты вращения: вентилятор и первые ступени эффективнее работают на малых оборотах, а последние ступени с малыми лопатками — на больших. Если связать их одним валом, придётся идти на компромисс. Разделив ротор на несколько, конструкторы позволили каждой группе ступеней вращаться с оптимальной частотой. Ротор низкого давления включает вентилятор и первые ступени компрессора с последними ступенями турбины, ротор высокого давления — остальные ступени.
Валы вложены друг в друга: внутренний вал низкого давления проходит внутри полого вала высокого давления, а у трёхвальных схем между ними расположен вал среднего давления. Такая конструкция сложна, но даёт заметный выигрыш в эффективности.
Что это даёт
Многовальные двигатели обладают более широким диапазоном устойчивой работы, меньшей склонностью к помпажу и лучшей экономичностью. Запуск облегчается: стартёр раскручивает только ротор высокого давления, меньший и более лёгкий. Вентилятор, вращающийся на оптимальной скорости, обеспечивает высокую степень двухконтурности и малый шум. Двигатели с таким подходом доминируют на гражданских лайнерах с 1970-х годов.
| Схема | Пример | Особенности |
|---|---|---|
| Одновальная | Rolls-Royce Avon | проще, ограниченный диапазон |
| Двухвальная | CFM56, GE90, PW4000 | самая распространённая |
| Трёхвальная | Rolls-Royce RB211, Trent | короче, жёстче роторы |
Двух- или трёхвальный
Двухвальная схема проще, дешевле в изготовлении и надёжна, поэтому используется в подавляющем большинстве двигателей. Трёхвальная схема, примененная фирмой Rolls-Royce в RB211 и Trent, позволяет сделать двигатель короче и жёстче, а каждый ротор оптимизировать более тонко. Трёхвальные двигатели сложнее в обслуживании, но хорошо проявили себя на больших лайнерах Boeing 747 и 777 и Airbus A340, A380, A350.
- CFM56: двухвальный, самый массовый двигатель в истории.
- Rolls-Royce Trent 900: трёхвальный для Airbus A380.
- Pratt & Whitney PW1000G: двухвальный с редуктором.
Современные тенденции
Для повышения степени двухконтурности вентилятор делают больше, а чтобы он не вращался слишком быстро, между ним и турбиной низкого давления ставят редуктор. Это переводит вентилятор и турбину на оптимальные, но разные скорости и открывает путь к ещё большей экономичности.
Рядом со стандартными терминами «ротор низкого давления» и «ротор высокого давления» нередко встречается английское слово spool — «катушка». Отсюда и название схемы «многокатушечный», т.е. «многовальный».